Źródła żywienia energetycznego
Energia jest niezbędnym czynnikiem dla życia człowieka i dostarcza jej mu pożywienie. Jednostką energii jest kilokaloria, a jedna kilokaloria jest ilością ciepła potrzebną do podniesienia temperatury 1 g wody o 1°C. Większość energii pochodzi z następujących składników odżywczych: węglowodanów (4 kcal lub 17 kJ na gram), białek (4 kcal lub 17 kJ na gram) oraz tłuszczów (9 kcal lub 37 kJ na gram). Węglowodany są głównym źródłem energii w diecie człowieka, a najwięcej tych składników znajduje się w chlebie, ryżu i makaronie. Białka są niezbędnym składnikiem odżywczym dla ludzkiego organizmu, a dobre źródła białka to mięso, ryby i jaja. Tłuszcze są również ważnym składnikiem odżywczym, a najlepszymi źródłami tłuszczów są oleje roślinne. Witaminy i składniki mineralne nie dostarczają energii, ale są niezbędne dla prawidłowego funkcjonowania organizmu. Wartość energetyczna pojedynczych produktów spożywczych jest różna, a osoby prowadzące bardziej aktywny tryb życia wymagają więcej energii. Najlepszym źródłem energii dla człowieka są węglowodany, a zrównoważona dieta powinna zawierać różne rodzaje tych składników odżywczych.
Czy naprawdę taki jest proces pozyskiwania energii z pożywienia?
Po połknięciu pokarmu, ten pozostaje przez jakiś czas w żołądku. Tam, pod wpływem soków trawiennych, rozpoczyna się proces trawienia. Proces ten ma miejsce w jelicie cienkim, gdzie składniki pokarmowe ulegają dezintegracji na mniejsze jednostki, co umożliwia ich absorpcję przez ściany jelita do krwi. W tym momencie organizm może wykorzystywać składniki pokarmowe do wytwarzania energii, która jest produkowana i przechowywana w formie ATP. Molekuła ATP składa się z adenozyny i trzech grup fosforanowych połączonych ze sobą w szereg. Rezerwy energetyczne są gromadzone w związkach chemicznych między grupami fosforanowymi. Aby zwolnić energię, jedna grupa fosforanowa musi się odłączyć, czyli ATP ulega dezintegracji do ADP. ATP odgrywa kluczową rolę w przemianach energetycznych i metabolicznych w organizmie. Jest to uniwersalne źródło energii dla wszystkich procesów biochemicznych i główny nośnik energii w komórce. Każda komórka zawiera ograniczony zapas ATP, który jest zazwyczaj wykorzystywany w ciągu kilku sekund. Aby przekształcić ADP z powrotem w ATP, potrzebna jest energia, która powstaje podczas utleniania węglowodanów, białek i kwasów tłuszczowych w komórkach.
Rezerwy energii w organizmie
Po dostarczeniu organizmowi składników odżywczych, część z nich jest gromadzona jako zapasy w formie glikogenu i tłuszczu. Glikogen, podobnie jak inne węglowodany, jest przechowywany w ograniczonych ilościach w wątrobie i tkance mięśniowej. Podczas aktywności fizycznej, glikogen ulega rozpadowi na glukozę, która wraz z tłuszczami i glukozą we krwi dostarcza energię mięśniom pracującym. Użycie składników odżywczych zależy od rodzaju i czasu trwania ćwiczeń. Glikogen jest zbudowany z cząsteczek glukozy połączonych w długie łańcuchy. W przypadku wystarczających zapasów glikogenu, nadmiar węglowodanów może być przekształcany w tłuszcz. Zazwyczaj białka i aminokwasy są wykorzystywane przez organizm jako źródło energii, ale w sytuacji niedoborów pokarmowych i wysokiego zapotrzebowania energetycznego, aminokwasy znajdujące się w tkance mięśniowej mogą także służyć jako źródło energii. Białka z pożywienia mogą służyć jako źródło energii lub zostać przekształcone w tłuszcz tylko wtedy, gdy spełniły swoje funkcje budulcowe.
Jak jest wykorzystywana energia podczas ćwiczeń fizycznych?
Na początku treningu lub przy gwałtownym wzroście zużycia energii (np. podczas sprintu), zapotrzebowanie na energię jest większe niż poziom, na którym synteza ATP odbywa się poprzez utlenianie węglowodanów. Pierwszym źródłem energii są węglowodany, które są spalane bez udziału tlenu (w sposób beztlenowy). Ten proces jest towarzyszący wydzielaniu kwasu mlekowego, co umożliwia uwolnienie pewnej ilości ATP. Mimo że ilość uwolnionego ATP jest znacznie mniejsza niż podczas wysiłków tlenowych (aerobowych), proces ten jest dużo szybszy. Drugim szybkim źródłem energii jest fosfokreatyna, której niewielkie ilości są obecne w tkance mięśniowej. Podczas rozpadu fosfokreatyny uwalniana jest energia niezbędna do przemiany ADP w ATP. Proces ten jest bardzo szybki, a zapasów fosfokreatyny w organizmie wystarcza na zaledwie 10-15 sekund. W tym czasie w organizmie zachodzi tlenowy metabolizm węglowodanów, kończy się wykorzystanie fosfokreatyny i zaprzestaje produkcja kwasu mlekowego. Kwasy tłuszczowe stają się dostępne jako źródło energii dla pracujących mięśni, ponadto zwiększa się poziom przemian ADP w ATP na skutek utleniania tłuszczów. Między piątą a piętnastą minutą po rozpoczęciu treningu w organizmie dochodzi do stabilizacji podwyższonego zapotrzebowania na ATP.
Źródła energii wykorzystywane w trakcie wysiłku fizycznego
Węglowodany są najważniejszym i niezbędnym źródłem energii dla pracujących mięśni i są kluczowe dla każdego rodzaju aktywności fizycznej. W ciele ludzkim, jak już wspomniano, węglowodany są przechowywane w niewielkich ilościach jako glikogen w wątrobie i mięśniach. Podczas treningu glikogen jest zużywany, wraz z kwasami tłuszczowymi i glukozą krążącą we krwi jako źródło energii dla mięśni. Chociaż tłuszcze zapewniają więcej energii, proces ich spalania jest znacznie dłuższy, a synteza ATP przez uwalnianie kwasów tłuszczowych jest utrzymywana dzięki wykorzystywaniu węglowodanów i fosfokreatyny. Kiedy zapasy węglowodanów są prawie wyczerpane, organizm nie jest w stanie wytrzymać intensywnych obciążeń.
Elementy ograniczające dostępność energii w trakcie ćwiczeń
Źródła pożywienia wykorzystywane w różnych rodzajach aktywności fizycznej fosfageny (ATP oraz fosfokreatyna dominujące w ultrakrótkich, eksplozywnych wysiłkach do 10 sekund), glikogen mięśniowy i wątrobowy (wykorzystywany w beztlenowej i tlenowej glikolizie podczas intensywnego treningu siłowego i interwałowego) oraz wolne kwasy tłuszczowe utleniane w mitochondriach podczas długotrwałych wysiłków aerobowych o umiarkowanej intensywności.
Niska intensywność
–: poziom potrzebnej konwersji ADP do ATP jest stosunkowo niski i jest osiągany przez utlenianie tłuszczów, glukozy i glikogenu. Gdy rezerwy glikogenu są wyczerpane, wzrasta znaczenie tłuszczów jako źródła energii. Zważywszy, że kwasy tłuszczowe są utleniane umiarkowanie wolno, czas trwania takiego treningu zależy od ilości glikogenu w ciele.
Średni poziom intensywności
-: gdy wykonywana przez organizm działalność fizyczna osiąga szczytowy punkt, aby kontynuować proces utleniania tlenowego, wymaga się natychmiastowego przywrócenia rezerw ATP. Węglowodany stają się głównym źródłem dostarczającym energię dla ciała. Jednak poziom ATP nie może być utrzymany wyłącznie poprzez utlenianie węglowodanów, więc jednocześnie następuje utlenianie tłuszczów i wytwarzanie kwasu mlekowego.
Najwyższy stopień wysiłku
:- produkcja ATP jest w głównej mierze utrzymywana przez zastosowanie fosfokreatyny i powstanie kwasu mlekowego, ponieważ metabolizm spalania węglowodanów oraz lipidów nie może zajść z taką szybkością.
Czas trwania sesji treningowych
Rodzaj źródła energii zależy od długości trwania sesji treningowych. Na samym początku następuje uwalnianie energii dzięki wykorzystaniu fosfokreatyny. Następnie organizm wykorzystuje glikogen, który dostarcza około 50-60% energii niezbędnej do syntezy ATP. Pozostała energia wymagana do syntezy ATP jest uzyskiwana poprzez utlenianie wolnych kwasów tłuszczowych oraz glukozy. Gdy zasoby glikogenu są wyczerpane, głównym źródłem energii stają się tłuszcze, przy jednoczesnym wzroście wykorzystania glukozy.
Typ wysiłku fizycznego, gdzie okresy niskiego wysiłku są zastępowane przez krótkie, intensywne wysiłki
w działaniach, gdzie przedziały stosunkowo niskich obciążeń są gwałtownie zastępowane przez krótkotrwałe, bardzo intensywne wysiłki (np. koszykówka), fosfokreatyna i glikogen są naprzemiennie wykorzystywane jako główne źródła energii w syntezie ATP, podczas gdy w fazie niskiej intensywności dochodzi do odnowienia poziomu fosfokreatyny w organizmie.
Przygotowanie organizmu
Im bardziej organizm jest przygotowany, tym większą umiejętność ma do przetwarzania tlenowego (mniej substancji zostaje przekształcone w kwas mlekowy) i bardziej efektywne są wydatki energetyczne.. Osoba, która jest przygotowana, wykonuje ćwiczenia z mniejszymi kosztami energetycznymi niż osoba początkująca.
Konsumpcja pokarmu
Im większym stopniu, w jakim poziom zapasów glikogenu w organizmie jest wyższy przed rozpoczęciem ćwiczeń, tym później wystąpi stan zmęczenia. Aby zwiększyć rezerwę glikogenu, należy zwiększyć spożycie produktów zawierających dużą ilość węglowodanów.